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行業(yè)資訊
電路設(shè)計(jì)電感器基礎(chǔ)知識
電感器基本上具有以下功能。
當(dāng)電流流過它們時(shí)會產(chǎn)生磁場。相反，當(dāng)磁場變化時(shí)，電流流動。
將電能轉(zhuǎn)換為磁能并進(jìn)行存儲。
通過直流電，但不容易通過交流電，在較高頻率下，交流電不太容易通過。
（1）和（2）是由電流的磁作用及其反向（即電磁感應(yīng)）引起的特性。（3）是指電感的直流和交流特性引起的阻抗。下面的特定示例顯示了如何使用這些特征。
（1）電流流過時(shí)會產(chǎn)生磁場。相反，當(dāng)磁場變化時(shí)，電流流動。?變壓器原理
結(jié)構(gòu)示例在初級側(cè)和次級側(cè)具有兩條繞線，因此可以視為與變壓器相同。將電流傳遞到初級側(cè)繞線將產(chǎn)生磁場，該磁場將在次級側(cè)繞線上產(chǎn)生電流。這是由于電磁感應(yīng)，在變壓器的情況下稱為互感。通過該動作，可以基于一次側(cè)和二次側(cè)繞線之間的匝數(shù)之比轉(zhuǎn)換為期望的電壓。
（2）將電能轉(zhuǎn)換為磁能并存儲。?扼流圈原理
這是DC / DC轉(zhuǎn)換器中電感器的示例。通過打開開關(guān)使電流流過電感器將產(chǎn)生磁場，從而導(dǎo)致電感器以磁能形式存儲能量。通過關(guān)閉開關(guān)來停止流過電感器的電流，將釋放存儲的磁能（磁場變化），從而導(dǎo)致電流流動。這也歸因于電磁感應(yīng)，在感應(yīng)器由單根繞線組成的情況下，這稱為自感應(yīng)。
（3）傳遞直流電但不容易傳遞交流電，在較高頻率下傳遞交流電也不容易。?過濾功能
電感器可以與電容器組合以創(chuàng)建低通，高通濾波器等。這利用了它們的特性，由于阻抗隨頻率的變化，改變了交流通過的難易程度。阻抗特性將在后面描述。
電感特性
理想和實(shí)際電感器（阻抗特性）
理想的電感器除了電感以外沒有其他元件，并且沒有能量損失。但是，實(shí)際的電感器除了具有電感（參見等效電路）外，還具有電阻組件（DC電阻：DCR）和電容（雜散電容：Cp）。電阻由繞線和芯線的電阻分量組成。電容主要由繞線的線電容組成。
電感的等效電路
該圖顯示了理想電感器和實(shí)際電感器的阻抗特性相對于頻率的概念圖。理想電感器的阻抗隨著頻率的增加而線性增加。然而，在實(shí)際的電感器中，由于雜散電容而發(fā)生自諧振現(xiàn)象，并且阻抗甚至在更高的頻率下降低，從而導(dǎo)致電感器失去其原始功能。損耗也會由于電阻成分而發(fā)生，并且會降低阻抗。
電感器的阻抗（Z）由以下公式表示。
Z = R + 1 /（1 /jωL+jωC）
阻抗的絕對值由以下公式計(jì)算
?| | =√ - [R 2 + 1 /（1 /ωL-ωC） 2
?
：阻抗[Ω]
[R
：直流電阻分量
（DCR）[Ω]
C
：雜散電容（Cp）[F]
?
：虛數(shù)
ω
：2πf
（π：Pi（3.14），
f：頻率[Hz]）
大號
：電感[H]
磁飽和特性
當(dāng)流動電流超過磁飽和允許電流（DC偏置允許電流）的最大值時(shí)，電感器變得磁飽和，導(dǎo)致電感減小。如上面的阻抗方程所示，當(dāng)電感飽和時(shí)，阻抗變小，流過它們的電流反常變大。結(jié)果，例如，DC / DC轉(zhuǎn)換器可能遭受較低的效率和故障。磁飽和允許電流是電感器的重要特性。
交流電阻（ACR）
盡管在阻抗部分的前面僅介紹了直流電阻（DCR），但實(shí)際的電感器還包括在磁芯上產(chǎn)生渦流損耗的電阻成分以及由于集膚和鄰近效應(yīng)而增加的導(dǎo)線電阻成分。這些組件稱為交流電阻（ACR）。交流電阻（ACR）的值與頻率成正比，它對功率損耗和高頻下的元件溫度升高具有重大影響，因此在實(shí)際使用中必須予以考慮。（渦流損耗，集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)將在后面描述。）
其他特征
電感器的其他特性和相關(guān)術(shù)語總結(jié)如下。
Q因子（品質(zhì)因子）
： Q因子，是指在特定頻率下電感抗與電感電阻之比，是電感性能的指標(biāo)。Q值越高，電感器越接近理想電感器。通過將電感電抗XL（=ωL=2ΠfL）除以ACR而獲得的值表示損耗相對于頻率的大小。該公式表明，當(dāng)ACR較小時(shí)，Q較高。
銅損
： 電流流過導(dǎo)線時(shí)，由于電阻成分引起的損耗稱為銅損耗。
鐵損
： 磁通通過鐵心時(shí)發(fā)生的損耗（磁滯和渦流損耗）稱為鐵損耗。
皮膚效果
： 增加流過導(dǎo)體的電流的頻率會使電流僅流過導(dǎo)體的表面，從而導(dǎo)致表面部分的電流密度更高，從而導(dǎo)致電阻值增加。這被稱為皮膚效應(yīng)。
鄰近效應(yīng)
： 當(dāng)多根導(dǎo)線彼此靠近時(shí)，由每根繞線形成的磁場會感應(yīng)出渦流。在高頻下，在每條導(dǎo)線中流動的電流集中在與相鄰導(dǎo)線接觸的狹窄區(qū)域中，從而導(dǎo)致在鄰近部分的電流密度更高，從而電阻值增加。這稱為鄰近效應(yīng)。
渦流損耗
： 由于電磁感應(yīng)而變化的磁場會在導(dǎo)體的芯中產(chǎn)生渦流。由于芯材料的電阻，產(chǎn)生該電流的能量被轉(zhuǎn)換為熱量作為損耗。這被稱為渦流損耗。
磁滯損耗
： 改變或反轉(zhuǎn)鐵芯中的磁場會使鐵芯回到具有磁滯的原始狀態(tài)（磁芯材料的BH圖中顯示了磁滯回線）。滯后作用所消耗的能量作為熱量損失。這稱為磁滯損耗，與磁滯回路的面積成正比。
電感器主要規(guī)格
電感器的主要規(guī)格如下所示。盡管在上一節(jié)中介紹了電感器的各種特性，但并非所有特性都被指定為規(guī)格。這里，總結(jié)了電感數(shù)據(jù)表中規(guī)定的典型特性。應(yīng)該注意的是，物品的可用性和規(guī)定的條件因制造商和產(chǎn)品而異，因此有必要仔細(xì)檢查數(shù)據(jù)表的注釋等。
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規(guī)格項(xiàng)目 |
含義/條件等 |
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電感（L值）[μH] |
特定頻率下的標(biāo)稱電感 |
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直流電阻（DCR）[Ω] |
構(gòu)成電感器的導(dǎo)體（銅線）的電阻分量 |
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額定電流：溫升（ΔT）[A] |
施加交流電時(shí)溫度升高達(dá)到40 K時(shí)的額定電流值 |
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額定電流：直流偏置（ΔL）[A] |
施加直流電流（直流偏置）時(shí)，L值從初始值減小到指定比率時(shí)的額定電流 |
“電感”顯然是必不可少的項(xiàng)目，它表示指定頻率下的值，并且具有例如±30％的容差。
如前所述，“ DC電阻”主要由繞線的電阻組成，其公差為±20％。
交流電阻（ACR），也被解釋為電阻組件，通常沒有在規(guī)格中指出，必須根據(jù)需要與制造商聯(lián)系。
“額定電流”有兩個(gè)項(xiàng)目。盡管“溫度升高”通常指定施加直流電流時(shí)溫度升高40 K時(shí)的額定電流，但是其條件可能因制造商和產(chǎn)品而異。
其他項(xiàng)“ DC偏置電流”通常表示電感變?yōu)?span>-30％時(shí)的最大電流值，但條件也因制造商和產(chǎn)品而異。
盡管額定電流是一個(gè)重要的指標(biāo)，但并非始終都標(biāo)出這兩項(xiàng)。如果僅指示其中之一，則應(yīng)遵循該等級。但是，在某些情況下可能需要與制造商聯(lián)系。
除了這些項(xiàng)目外，有時(shí)還會指定“自諧振頻率”。如前所述，它表示電感器能夠正常用作電感器的極限頻率。
電感類型
電感器的種類繁多，其分類方法因透視而異。下圖將應(yīng)用分為信號和功率，并按磁性（芯）材料和構(gòu)造方法對每個(gè)類別進(jìn)行分類。